(57)【要約】【課題】  音響反射層におけるエネルギー損失を減少させて、圧電薄膜共振子のＱを向上することができる、圧電薄膜共振子およびその製造方法を提供する。【解決手段】  対向する一対の励振電極１６，２０と、一対の励振電極１６，２０の間に配置された圧電薄膜１４と、一対の励振電極の一方２０を支持する基板１２とを備える。一対の励振電極の一方２０は、音響反射層２１〜２６を含む。基板１２は、ＬｉＴａＯ３又はＬｉＮｂＯ３の単結晶からなる。音響反射層２１〜２６は、基板１２の上に交互に形成された、（ａ）エピタキシャルの導電材料からなり、音響インピーダンスが相対的に高い、少なくとも一つの第１層２１，２３，２５と、（ｂ）エピタキシャルの他の導電材料からなり、音響インピーダンスが相対的に低い、少なくとも一つの第２層２２，２４，２６とを含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する一対の励振電極と、
前記一対の励振電極の間に配置された圧電薄膜と、
前記一対の励振電極の一方を支持する基板とを備え、
前記一対の励振電極の前記一方が音響反射層を含む、圧電薄膜共振子において、
前記基板は、ＬｉＴａＯ３又はＬｉＮｂＯ３の単結晶からなり、
前記音響反射層は、前記基板の上に交互に形成された、
（ａ）エピタキシャルの導電材料からなり、音響インピーダンスが相対的に高い、少なくとも一つの第１層と、
（ｂ）エピタキシャルの他の導電材料からなり、音響インピーダンスが相対的に低い、少なくとも一つの第２層と、
を含むことを特徴とする、圧電薄膜共振子。
【請求項２】
前記音響反射層の前記第１層及び前記第２層が、双晶エピタキシャルであることを特徴とする、請求項１に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項３】
前記音響反射層の前記第１層及び前記第２層が、面心立方構造の金属又は該金属を主成分とする合金からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項４】
前記音響反射層の前記第１層が、
（ａ）Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕから選択される一つの単体金属、又は
（ｂ）Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕから選択される少なくとも一つを主成分とする合金、
であり、
前記音響反射層の前記第２層が、
（ａ）Ａｌ若しくはＡｇの単体金属、又は
（ｂ）Ａｌ若しくはＡｇの少なくとも一方を主成分とする合金、
であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項５】
前記音響反射層の前記第１層が、
（ａ）Ｐｔの単体金属、又は
（ｂ）Ｐｔ系合金
であり、
前記音響反射層の前記第２層が、
（ａ）Ａｌの単体金属、又は
（ｂ）Ａｌ系合金、
であり、
前記音響反射層は、隣接する前記第１層と前記第２層との間の少なくとも一つに、Ｔｉからなる中間層を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項６】
前記圧電薄膜がエピタキシャルであることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか一つに記載の圧電薄膜共振子。
【請求項７】
前記基板が、
（ａ）ＺカットＬｉＴａＯ３単結晶、又は
（ｂ）ＺカットＬｉＮｂＯ３単結晶、
からなることを特徴とする、請求項１ないし６に記載の圧電薄膜共振子。
【請求項８】
前記圧電薄膜が、ＺｎＯ又はＡｌＮからなることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか一つに記載の圧電薄膜共振子。
【請求項９】
基板の上に一方の励振電極を形成する第１の工程と、
前記一方の励振電極の上に圧電薄膜を形成する第２の工程と、
前記圧電薄膜の上に他方の励振電極を形成する第３の工程とを備えた、圧電薄膜共振子の製造方法において、
前記第１の工程は、
ＬｉＴａＯ３単結晶又はＬｉＮｂＯ３単結晶からなる前記基板の上に、前記一方の励振電極の少なくとも一部分として、
（ａ）導電材料からなり、音響インピーダンスが相対的に高い、少なくとも一つの第１層と、
（ｂ）前記第１層の前記導電材料と異なる導電材料からなり、音響インピーダンスが相対的に低い、少なくとも一つの第２層と、
を交互にエピタキシャル成長させることによって音響反射層を形成する、音響反射層形成工程を含み、
前記第２の工程は、前記一方の励振電極の上に前記圧電薄膜をエピタキシャル成長させることにより、前記圧電薄膜を形成することを特徴とする、圧電薄膜共振子の製造方法。
【請求項１０】
前記音響反射層形成工程が、
（ａ）前記基板の上にフォトリソグラフィーを用いてレジストパターンを形成する工程と、
（ｂ）前記第１層と前記第２層とを交互に蒸着する工程と、
（ｃ）前記レジストパターンとともに、前記レジストパターン上の前記第１層及び前記第２層を除去する工程と、
を含むことを特徴とする、請求項９に記載薄膜共振子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電薄膜共振子およびその製造方法に関し、詳しくは、圧電薄膜が一対の電極に挟まれた薄膜部を、音響反射層によって基板から音響的に分離している、圧電薄膜共振子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電薄膜内のバルク音響波（ＢＡＷ）を利用する圧電薄膜共振子には、圧電薄膜が一対の電極に挟まれた薄膜部を基板から音響的に分離する手段として、音響反射層を用いるタイプのものがある。
【０００３】
このタイプの圧電薄膜共振子について、例えば特許文献１には、導電性の音響反射層を電極と兼用する構成が提案されている。この導電性の音響反射層は、音響インピーダンスの異なる第１の導電層と第２の導電層とを交互に積層したものであり、基板方向に進む弾性波を反射して薄膜部側へ戻すものである。
【０００４】
特許文献２には、圧電薄膜上の弾性表面波（ＳＡＷ）を利用する弾性表面波素子について、ＬｉＮｂＯ３又はＬｉＴａＯ３の単結晶からなる圧電基板に、ＩＤＴ電極として双晶エピタキシャル膜のＡｌ膜を形成することにより、耐電力性の向上が可能であることが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２７８５５８号公報
【特許文献２】特開２００３−２５８５９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された構成の圧電薄膜共振子は、通常用いられているＳｉ基板上に導電性の音響反射層を形成すると、音響反射層は粒界が多数存在する１軸配向膜になってしまう。粒界は弾性波を散乱させるので、音響反射層中で弾性波のエネルギー損失が発生し、圧電薄膜共振子のＱが劣化するという問題点があった。
【０００６】
本発明は、かかる実情に鑑み、音響反射層におけるエネルギー損失を減少させて、圧電薄膜共振子のＱを向上することができる、圧電薄膜共振子およびその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、以下のように構成した圧電薄膜共振子を提供する。
【０００８】
圧電薄膜共振子は、対向する一対の励振電極と、前記一対の励振電極の間に配置された圧電薄膜と、前記一対の励振電極の一方を支持する基板とを備え、前記一対の励振電極の前記一方が音響反射層を含む、タイプのものである。前記基板は、ＬｉＴａＯ３又はＬｉＮｂＯ３の単結晶からなる。前記音響反射層は、前記基板の上に交互に形成された、（ａ）エピタキシャルの導電材料からなり、音響インピーダンスが相対的に高い、少なくとも一つの第１層と、（ｂ）エピタキシャルの他の導電材料からなり、音響インピーダンスが相対的に低い、少なくとも一つの第２層とを含む。
【０００９】
上記構成において、ＬｉＴａＯ３単結晶又はＬｉＮｂＯ３単結晶からなる基板を用いることで、基板上に、音響反射層の第１層及び第２層となるエピタキシャル膜を容易に形成することができる。音響反射層をエピタキシャル膜にすることで、音響反射層を含む励振電極の表面粗さを改善し、この励振電極の上に形成する圧電薄膜の配向度を改善することができる。また、音響反射層の結晶方位を一定方向に配向させることにより、音響反射層におけるエネルギー損失が減少するので、圧電薄膜共振子のＱを向上することができる。
【００１０】
好ましくは、前記音響反射層の前記第１層及び前記第２層が、双晶エピタキシャルである。
【００１１】
この場合、双晶エピタキシャルの音響反射層は、ＬｉＴａＯ３単結晶基板又はＬｉＮｂＯ３単結晶基板に容易に作製することができる。
【００１２】
好ましくは、前記音響反射層の前記第１層及び前記第２層が、面心立方構造の金属又は該金属を主成分とする合金からなる。
【００１３】
この場合、面心立方構造の金属又は面心立方構造の合金によって、音響反射層の第１層及び第２層として双晶エピタキシャル膜を容易に作製することができる。
【００１４】
好ましくは、前記音響反射層の前記第１層が、（ａ）Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕから選択される一つの単体金属、又は（ｂ）Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕから選択される少なくとも一つを主成分とする合金である。前記音響反射層の前記第２層が、（ａ）Ａｌ若しくはＡｇの単体金属、又は（ｂ）Ａｌ若しくはＡｇの少なくとも一方を主成分とする合金である。
【００１５】
好ましくは、前記音響反射層の前記第１層が、（ａ）Ｐｔの単体金属、又は（ｂ）Ｐｔ系合金である。前記音響反射層の前記第２層が、（ａ）Ａｌの単体金属、又は（ｂ）Ａｌ系合金である。前記音響反射層は、隣接する前記第１層と前記第２層との間の少なくとも一つに、Ｔｉからなる中間層を含む。
【００１６】
この場合、Ｔｉを中間層に用いることにより、エピタキシャル膜の音響反射層を容易に作製することができる。
【００１７】
好ましくは、前記圧電薄膜がエピタキシャルである。
【００１８】
この場合、エピタキシャル膜の圧電薄膜は、１軸配向膜の圧電薄膜に比べて圧電特性が向上する。
【００１９】
好ましくは、前記基板が、（ａ）ＺカットＬｉＴａＯ３単結晶、又は（ｂ）ＺカットＬｉＮｂＯ３単結晶からなる。
【００２０】
この場合、ＺカットＬｉＴａＯ３単結晶又はＺカットＬｉＮｂＯ３単結晶の基板には、音響反射層のエピタキシャル膜がより成長しやすい。
【００２１】
好ましくは、前記圧電薄膜が、ＺｎＯ又はＡｌＮからなる。
【００２２】
この場合、圧電薄膜共振子の共振子特性が優れている。
【００２３】
また、本発明は、以下の圧電薄膜共振子の製造方法を提供する。
【００２４】
圧電薄膜共振子の製造方法は、基板の上に一方の励振電極を形成する第１の工程と、前記一方の励振電極の上に圧電薄膜を形成する第２の工程と、前記圧電薄膜の上に他方の励振電極を形成する第３の工程とを備える。前記第１の工程は、ＬｉＴａＯ３単結晶又はＬｉＮｂＯ３単結晶からなる前記基板の上に、前記一方の励振電極の少なくとも一部分として、（ａ）導電材料からなり、音響インピーダンスが相対的に高い、少なくとも一つの第１層と、（ｂ）前記第１層の前記導電材料と異なる導電材料からなり、音響インピーダンスが相対的に低い、少なくとも一つの第２層とを交互にエピタキシャル成長させることによって音響反射層を形成する、音響反射層形成工程を含む。前記第２の工程は、前記一方の励振電極の上に前記圧電薄膜をエピタキシャル成長させることにより、前記圧電薄膜を形成する。
【００２５】
上記方法によれば、音響反射層をエピタキシャル膜にすることで、音響反射層を含む励振電極の表面粗さを改善し、この励振電極の上に形成する圧電薄膜の配向度を改善することができる。また、音響反射層の結晶方位を一定方向に配向させることにより、音響反射層におけるエネルギー損失が減少するので、圧電薄膜共振子のＱを向上することができる。
【００２６】
好ましくは、前記音響反射層形成工程が、（ａ）前記基板の上にフォトリソグラフィーを用いてレジストパターンを形成する工程と、（ｂ）前記第１層と前記第２層とを交互に蒸着する工程と、（ｃ）前記レジストパターンとともに、前記レジストパターン上の前記第１層及び前記第２層を除去する工程とを含む。
【００２７】
この場合、ドライエッチングを用いて音響反射層の形状を形成する方法に比べて、低コストで、圧電薄膜共振子を製造することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の圧電薄膜共振子およびその製造方法によれば、音響反射層におけるエネルギー損失を減少させて、圧電薄膜共振子のＱを向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５を参照しながら説明する。
【００３０】
まず、第１の実施の形態の圧電薄膜共振子１０について、図１、図３〜図５を参照しながら説明する。
【００３１】
図１は、圧電薄膜共振子１０の構造を模式的に示す要部断面図である。圧電薄膜共振子１０は、基板１２の上に、下部電極２０、圧電薄膜１４、上部電極１６、上部厚付け電極１８が順に積層されている。
【００３２】
基板１２には、ＬｉＴａＯ３又はＬｉＮｂＯ３の単結晶からなる単結晶基板を用いる。
【００３３】
下部電極２０は、基板１２の上に、音響反射層を含むように形成する。すなわち、下部電極２０の各層２１〜２７は、単結晶基板１２を土台とし、格子定数ミスフィットの小さい異なる導電材料をエピタキシャル成長させて交互に積層する。各層２１〜２７は、音響インピーダンスが相対的に高い層と相対的に低い層とが交互に繰り返すように、蒸着法、スパッタ法等の成膜方法で形成する。パターニング方法としては、リフトオフ、ドライエッチング、ウエットエッチング等の方法を用いる。下部電極２０の各層２１〜２７は、ＬｉＴａＯ３又はＬｉＮｂＯ３の単結晶からなる基板１２を用いることによって、容易にエピタキシャル成長させることができる。
【００３４】
音響反射層に含まれる音響インピーダンスが相対的に高い層と相対的に低い層は、面心立方構造の金属又は該金属を主成分とする合金からなることが好ましい。音響インピーダンスが相対的に高い層には、（ａ）Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕから選択される一つの単体金属、又は（ｂ）Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕから選択される少なくとも一つを主成分とする合金を用いることができる。音響インピーダンスが相対的に低い層には、（ａ）Ａｌ若しくはＡｇの単体金属、又は（ｂ）Ａｌ若しくはＡｇの少なくとも一方を主成分とする合金を用いることができる。
【００３５】
音響反射層は、音響インピーダンスの相対的に高い層と相対的に低い層との間に、他の層、例えば、エピタキシャル膜の形成を容易にする中間層や、層間の密着性を高める密着層が介在してもよい。音響インピーダンスの相対的に高い層と相対的に低い層は、それぞれ層数が１以上であればよい。また、音響インピーダンスの相対的に高い層の層数と、相対的に低い層の層数とは、一致しなくてもよい。
【００３６】
圧電薄膜１４は、エピタキシャル成長させた下部電極２０の最も上の層２７の上に形成する。これによって、圧電薄膜１４を高配向化さらには３軸配向化する。圧電薄膜１４は、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＣｄＳ、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛などを蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等の成膜方法で形成する。圧電薄膜１４は、例えば下部電極２０全体を覆うように積層した後、下部電極２０を取り出すための窓を開ける。窓開けの方法としては、ウエットエッチング、ドライエッチング、犠牲層を用いたリフトオフ等の方法を用いる。例えば、ウエットエッチングでは、エッチャントとしてＴＭＡＨ，ＫＯＨ，ＮａＯＨ等の強アルカリを用いる。Ｃｌ２を主成分とする反応性ガスによるドライエッチングを用いてもよい。マスク材料には、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｐｔ等の単体金属又は多層金属、合金、フォトレジストを用いる。
【００３７】
上部電極１６は、圧電薄膜１４の上に、蒸着法、スパッタ法等の成膜方法でＰｔ、Ｉｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｒｕ等の電極材料（合金、多層膜含む）を形成する。パターニング方法としては、リフトオフ、ドライエッチング、ウエットエッチング等の方法を用いる。
【００３８】
さらに、配線の抵抗を下げるために、電極１６，２０が対向して圧電薄膜１４を挟持する振動部以外の配線部分に、上部厚付け電極１８として、ＡｌやＡｕ，Ｃｕ等を主成分とする金属を堆積する。上部厚付け電極１８は、酸化や拡散を防ぐために、Ａｌ、Ｔｉ、ＮｉＣｒ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ等の材料で多層化してもよい。
【００３９】
ＢＡＷデバイスの圧電薄膜として代表的なＡｌＮやＺｎＯは、多結晶電極上に成膜すると分極軸であるｃ軸が基板法線方向に成長する１軸配向膜となる。圧電薄膜のｃ軸結晶性は土台の結晶構造や表面粗さに強く影響される。そのため、土台には、圧電薄膜の結晶構造とミスマッチ（格子定数の不整合度合い）が小さいことや、表面粗さが小さいことが要求される。
【００４０】
導電材料の音響反射層を用いる場合、共振特性を改善するためには、基板と音響的に絶縁する必要がある。そのために、音響反射層の積層層数を増やす必要がある。導電材料として多結晶材料を用いると、積層数を増やし、総膜厚が増加するに従って、その表面粗さが大きくなる。表面粗さが大きい膜を土台として圧電薄膜を堆積すると、圧電薄膜は結晶性の悪い１軸配向膜となり、圧電性が劣化する。また、１軸配向膜のためｃ面内はランダム配向となり、粒界が多数存在する。粒界はグレイン間の結合力を弱め、バルク波を散乱させるため、伝搬ロスの増大を招く。
【００４１】
これらを解決する方策として、エピタキシャル電極による導電材料の音響反射層が有効である。圧電薄膜共振子１０は、音響反射層をエピタキシャル電極とすることで、その表面粗さを改善している。
【００４２】
次に、圧電薄膜共振子１０の具体的な一例（実施例１）について、説明する。
【００４３】
まず、実施例１の圧電薄膜共振子１０の製造方法について説明する。
【００４４】
ＺカットＬｉＴａＯ３単結晶からなる基板１２に、下部電極２０を形成する。まず、フォトリソグラフィーによってレジストパターンを形成し、音響インピーダンスが高い音響インピーダンス層２１，２３，２５としてＰｔを用い、音響インピーダンスが低い音響インピーダンス層２２，２４，２６としてＡｌを用い、さらに層間の密着性を向上させるためにＴｉ（図示せず）を用い、それぞれを順に蒸着法によって堆積する。その後レジストを除去することでリフトオフし、所望の形状を持った下部電極２０を形成する。Ｔｉ膜厚は１ｎｍから１００ｎｍ程度が望ましい。音響反射層を構成する音響インピーダンス層２１〜２６は、動作周波数ｆ、材料の音速をｖとしたとき、λ＝ｖ／ｆを満たす波長λに対して、おおよそ膜厚ｔ＝λ／４を満たすことが望ましい。例えば５ＧＨｚで動作する共振子では、Ｐｔ膜厚１６０ｎｍ程度、Ａｌ膜厚２９０ｎｍ程度を用い、Ａｌ／Ｐｔの高及び低の音響インピーダンス層ペアー２１，２２；２３，２４；２５，２６を３ペアー積層すると、良好な特性が得られる。さらに、音響反射層（音響インピーダンス層２６）の上に８０ｎｍ程度のＰｔ層２７を積層する。これにより、さらに良好な特性が得やすくなる。音響インピーダンス層２６の蒸着に続けてＰｔ層２７を蒸着してからリフトオフしてもよい。
【００４５】
次に、ＲＦマグネトロンスパッタ法を用いて、ＡｌＮの圧電薄膜１４を成膜する。ＡｌＮ膜厚は１０ｎｍ程度から３０００ｎｍ程度を、動作周波数や必要帯域に応じて用いる。例えば５ＧＨで動作する共振子では、４００〜６００ｎｍ程度堆積すると良好な特性が得られる。
【００４６】
次に、圧電薄膜１４に下部電極２０を取り出すための窓を開けるため、ＺｎＯを犠牲層材料としたリフトオフ、又は金属や樹脂をマスクとして強アルカリ水溶液でウエットエッチングを行う。
【００４７】
次に、上部電極１６を形成するため、フォトリソグラフィーによってレジストパターンを形成し、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌを順に蒸着法によって堆積する。その後レジストを除去することでリフトオフし、所望の形状を持った上部電極１６を形成する。Ｔｉ膜厚は１ｎｍから１００ｎｍ程度、Ｐｔ膜厚は１ｎｍから５００ｎｍ程度、Ａｌ膜厚は１ｎｍから５００ｎｍを要求特性（周波数、帯域、Ｑなど）に応じて用いる。例えば５ＧＨで動作する共振子では、Ｐｔを１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度、Ａｌを５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度堆積すると、良好な特性が得られる。
【００４８】
次に、上部厚付け電極１８として、ＣｕやＡｌを５００ｎｍから５０００ｎｍ程度堆積する。上部厚付け電極１８は、Ａｌ／Ｔｉ／Ｃｕ／Ｔｉ、Ｐｔ／Ｔｉ／Ｃｕ／Ｔｉ等の多層化した構成とする。
【００４９】
以上のようにして作製した実施例１の圧電薄膜共振子１０は、下部電極２０の各層２１〜２７が双晶となる。また、結晶方位は、基板１２の平面と平行に（１１１）面が成長する。
【００５０】
比較例として、多結晶材料であるＳｉ基板に、音響反射層としてＡｌとＰｔとを積層し、その上にＡｌＮ圧電薄膜を形成した。比較例について、音響反射層の表面粗さＲａは２．０ｎｍ、その上に形成したＡｌＮ圧電薄膜の表面粗さＲａは２．１ｎｍであった。
【００５１】
これに対し、ＺカットＬｉＴａＯ３単結晶圧電基板に音響反射層としてＡｌとＰｔとを積層し、その上にＡｌＮ圧電薄膜（厚さ５００ｎｍ）を形成した実施例１については、音響反射層２０の表面粗さＲａは１．３ｎｍ、ＡｌＮ圧電薄膜１４の表面粗さＲａは１．４ｎｍであり、表面粗さが改善されている。
【００５２】
実施例１は、ミスマッチの小さい導電材料を積層することがで、エピタキシャル成長が上層まで持続する。すなわち、図３（ａ−１）に示すように、Ｓｉ基板に音響反射層としてＡｌとＰｔとを積層した比較例では、積層した１層目のＡｌ、ＰｔのＸ線回折極点図は、図３（ａ−２）、（ａ−３）に模式的に示すようにリング状の図形となる。これより、１層目のＡｌ、Ｐｔが１軸配向多結晶膜であることが分かる。これに対し、図３（ｂ−１）に示すように、ＺカットＬｉＴａＯ３単結晶圧電基板に音響反射層としてＡｌとＰｔとを積層した実施例１では、図３（ｂ−２）、（ｂ−３）に模式的に示すように、積層した１層目のＡｌ、ＰｔのＸ線回折極点図において、６回対称のスポット図形が検出される。これにより、１層目のＡｌ、Ｐｔが双晶エピタキシャル膜であることが分かる。なお、図３において、Ａｌ，ＰｔのＸＲＤの回折面は（１１１）である。
【００５３】
さらに、実施例１は、図４（ａ−１）に示すように、音響反射層として用いる材料Ａｌ、Ｐｔを順次交互に積層したところ、十分な特性を得るために必要な層数を積層しても、図４（ａ−２）、（ａ−３）に模式的に示すように、積層した上層のＡｌ、ＰｔのＸ線回折極点図は、６回対称のスポット図形はクリアなままである。これより、エピタキシャル成長が上層まで持続することが分かる。なお、図４においても、Ａｌ，ＰｔのＸＲＤの回折面は（１１１）である。
【００５４】
さらに、図５（ａ−１）、（ｂ−１）に示すように、複数対のＰｔ膜とＡｌ膜を含む下部電極を土台としてＡｌＮ圧電薄膜を堆積したところ、図５（ａ−１）の比較例では、図５（ａ−２）に模式的に示すようにリング形状の図形となる。これより、ＡｌＮ圧電薄膜は１軸配向であることが分かる。これに対し、図５（ｂ−１）の実施例１では、図５（ｂ−２）に模式的に示すように、６回対称図形となり、ＡｌＮ圧電薄膜の３軸配向化を実現している。これにより、実施例１は、１軸配向膜に比べて劇的に粒界が減少する。なお、図５において、ＡｌＮのＸＲＤの回折面は（０００２）、すなわちＺ面である。図５（ａ−２）ではロッキングカーブＦＷＨＭ＝３．２°、図５（ｂ−２）ではロッキングカーブＦＷＨＭ＝２．１°である。
【００５５】
第１実施形態の圧電薄膜共振子１０は、単結晶基板１２上に下部電極２０及び圧電薄膜１４を形成するとき、下部電極２０及び圧電薄膜１４の各層がエピタキシャル成長する。これによって、以下のような効果が得られる。
（１）基板と十分に音響的に絶縁できるだけの積層数を持った音響反射層を、下部電極と兼ねて作製した場合、各層がエピタキシャル膜になり、多結晶膜と比べ、表面粗さを大幅に改善できる。このように表面粗さを大幅に改善したエピタキシャル膜を土台として圧電薄膜を成長させることで、圧電薄膜の結晶性を大幅に向上させることができ、３軸配向化も実現できる。その結果、圧電性の向上、格子欠陥に起因する弾性散乱を低減し、Ｑの向上を実現できる。
（２）エピタキシャル成長した音響反射層を用いることで、結晶粒界を減らして音響反射層中での弾性散乱を減少させることができるので、伝播損失が低減し、その結果、Ｑが向上する。
（３）エピタキシャル成長した音響反射層を用いることで、複数層を積層しても音響反射層の各層の膜質（密度、ヤング率）が均一となり、ウェハ面内、バッチ内での特性ばらつき、周波数ばらつきが小さく、設計も容易となる。
（４）エピタキシャル成長した音響反射層を用いることで、粒界での自己拡散に起因するヒロックやボイド発生といった不良モードの低減を実現できる。
（５）エピタキシャル成長した圧電薄膜を振動部とするので、従来の１軸配向膜を用いた場合と比べて圧電性が向上し、粒界散乱による伝播損失も低減し、共振特性が大幅に向上する。また、この共振子を組み合わせて作製したフィルタ、デュプレクサ等の電子部品の特性も大幅に向上する。
（６）エピタキシャル成長した音響反射層は、電子ビーム蒸着法とリフトオフによる手法で作製することができるので、容易に音響反射層をパターニングすることができる。
【００５６】
なお、第１実施形態の圧電薄膜共振子１０は、前述の特許文献１及び２に対して、以下の点で異なる。
（１）圧電薄膜共振子１０は、基板１２からのエピタキシャル成長を幾層もの交互積層で引き継いだまま成長させている。
（２）圧電薄膜共振子１０は、導電材料の音響反射層の各層をエピタキシャル成長で作製している。エピタキシャル膜には、多結晶膜に比べ粒界が極端に少ないため、抵抗率が減少し、粒界での弾性散乱もなく、ストレスによる粒界拡散もなく、優れている。
（３）圧電薄膜共振子１０の圧電薄膜１４は、導電材料の音響反射層のエピタキシャル成長を引き継いでエピタキシャル成長させることによって、圧電性向上、伝播損失低減、耐電力向上を図ることができる。
（４）導電材料の音響反射層は、蒸着法とリフトオフ法の組み合わせで、容易にパターニングして形成することができる。スパッタ法を用いるときは、成膜後にドライエッチングのような高コストなプロセスが必要となるが、蒸着法とリフトオフ法の組み合わせによれば、そのような高コストなプロセスが不要となる。
【００５７】
次に、第２の実施形態の圧電薄膜共振子３０について、図２を参照しながら説明する。
【００５８】
図２は、圧電薄膜共振子３０の構造を模式的に示す要部断面図である。圧電薄膜共振子３０は、上部電極５０が音響反射層を含む点を除き、第１実施形の圧電薄膜共振子１０と同様に構成する。
【００５９】
第２実施形態の圧電薄膜共振子３０は、基板３２の上に、下部電極４０、圧電薄膜３４、上部電極５０が順に積層されている。
【００６０】
基板３２は、ＬｉＴａＯ３又はＬｉＮｂＯ３の単結晶基板である。下部電極４０は、音響反射層を含む。下部電極４０は、複数層４１〜４７を含み、高及び低の音響インピーダンス層４１〜４６が交互に積層されるように、蒸着法、スパッタ法等の成膜方法で形成する。パターニング方法としては、リフトオフ、ドライエッチング、ウエットエッチング等の方法を用いる。
【００６１】
圧電薄膜３４は、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＣｄＳ、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛などを蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等の成膜方法で形成する。圧電薄膜３４は、例えば下部電極４０全体を覆うように積層した後、下部電極４０を取り出す窓を開ける。窓開けの方法としては、ウエットエッチング、ドライエッチング、犠牲層を用いたリフトオフ等の方法を用いる。ウエットエッチングの場合、エッチャントとしてＴＭＡＨ，ＫＯＨ，ＮａＯＨ等の強アルカリを用いる。Ｃｌ２を主成分とする反応性ガスによるドライエッチングを用いてもよい。マスク材料には、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｐｔ等の単体金属又は多層金属、合金，フォトレジストを用いる。
【００６２】
上部電極５０は、下部電極４０と同様の方法で形成する。
【００６３】
図示していないが、配線の抵抗を下げるために、上部電極５０と下部電極４０とが対向する振動部以外の配線部分には、ＡｌやＡｕ，Ｃｕ等を主成分とする金属を堆積して、上部厚付け電極を形成する。上部厚付け電極は、酸化や拡散を防ぐために、Ａｌ，Ｔｉ，ＮｉＣｒ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｐｔ等の材料で多層化することが好ましい。
【００６４】
次に、圧電薄膜共振子３０の具体的な一例（実施例２）の製造方法について説明する。
【００６５】
ＺカットＬｉＴａＯ３単結晶基板３２に下部電極４０を形成する。まず、フォトリソグラフィーによってレジストパターンを形成し、高音響インピーダンス層としてＰｔを用い、低音響インピーダンス層としてＡｌを用い、さらに層間の密着性を向上させるためにＴｉを用い、それぞれを順に蒸着法によって堆積する。その後レジストを除去することでリフトオフし、所望の形状を持った下部電極４０を形成する。Ｔｉ膜厚は１ｎｍから１００ｎｍ程度が望ましい。音響反射層を構成する高及び低の音響インピーダンス層は、動作周波数ｆ、材料の音速をｖとしたとき、λ＝ｖ／ｆを満たす波長λに対して、おおよそ膜厚ｔ＝λ／４を満たすようにする。例えば５ＧＨｚで動作する共振子では、Ｐｔ膜厚１６０ｎｍ程度、Ａｌ膜厚２９０ｎｍ程度を用い、Ａｌ／Ｐｔの高及び低の音響インピーダンス層ペアー４１，４２；４３，４４；４５，４６を３ペア積層すると、良好な特性が得られる。さらに、音響インピーダンス層４６上に、Ｐｔ膜４７を３０ｎｍ〜１００ｎｍ程度積層する。これによって、より良好な特性が得られる。
【００６６】
次に、下部電極４０の上に、ＲＦマグネトロンスパッタ法を用いて、ＡｌＮの圧電薄膜３４を成膜する。ＡｌＮ膜厚は１０ｎｍ程度から３０００ｎｍ程度を、動作周波数や必要帯域に応じて用いる。例えば５ＧＨｚで動作する共振子では、４００〜６００ｎｍ程度堆積すると良好な特性が得られる。
【００６７】
次に、圧電薄膜３４上に窓開けを行う。ＺｎＯを犠牲層材料としたリフトオフ、又は金属や樹脂をマスクとして強アルカリ水溶液でウエットエッチングを行う。
【００６８】
次に、圧電薄膜３４上に、上部電極５０を、下部電極４０と同様に形成する。例えば５ＧＨｚで動作する共振子では、まず、Ｐｔ膜５１を３０ｎｍ〜１００ｎｍ程度積層した後、Ｐｔ膜厚１６０ｎｍ程度、Ａｌ膜厚２９０ｎｍ程度を用い、Ｐｔ／Ａｌの低及び高の音響インピーダンス層の３ペアー５７，５６；５５，５４；５３，５２を積層すると、良好な特性が得られる。音響インピーダンス層５２〜５７と圧電薄膜３４との間にＰｔ膜５１を形成することにより、より良好な特性が得やすい。
【００６９】
第２実施形態の圧電薄膜共振子３０は、第１実施形態の圧電薄膜共振子１０と同一の効果に加え、上部にも音響反射層を備えていることによって、以下の効果が得られる。
（１）電極の取出は、振動子の動作に影響を与えずに振動部直上から行える。そのため、配線長に起因する抵抗や寄生インダクタンスの悪影響を回避できる。またフリップチップ工法等によって、直接、回路基板上に素子を実装できる。
（２）上下とも電極膜厚が厚くなり、配線抵抗低減のための層を別途設ける必要がなく、素子作製工程が簡略化できる。
【００７０】
以上に説明した圧電薄膜共振子１０，３０は、音響反射層や圧電薄膜をエピタキシャル成長させて形成することにより、音響反射層におけるエネルギー損失を減少させて、圧電薄膜共振子のＱを向上することができる。
【００７１】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々変更を加え得て実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】圧電薄膜共振子の構成を模式的に示す要部断面図である。（実施例１）
【図２】圧電薄膜共振子の構成を模式的に示す要部断面図である。（実施例２）
【図３】音響反射層のＸ線回折極点図である。（比較例、実施例１）
【図４】音響反射層のＸ線回折極点図である。（実施例１）
【図５】圧電薄膜のＸ線回折極点図である。（比較例、実施例１）
【符号の説明】
【００７３】
１０  圧電薄膜共振子
１２  基板
１４  圧電薄膜
１６  上部電極（励振電極）
２０  下部電極（励振電極）
２１〜２６  音響インピーダンス層（音響反射層）
３０  圧電薄膜共振子
３２  基板
３４  圧電薄膜
４０  下部電極（励振電極）
４１〜４６  音響インピーダンス層（音響反射層）
５０  上部電極兼音響反射層（励振電極）
５２〜５７  音響インピーダンス層（音響反射層）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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